將光感知與神經(jīng)形態(tài)計(jì)算功能集成于氮化鎵基器件，是突破傳統(tǒng)分立器件局限的關(guān)鍵一步。此舉不僅可以提升信息處理效率，降低系統(tǒng)功耗與延遲，也能夠?yàn)闃?gòu)建高速、低功耗、高集成的智能光電子系統(tǒng)提供核心硬件支撐，推動(dòng)下一代光電子智能感知與處理技術(shù)的發(fā)展，如仿生視覺(jué)芯片、光神經(jīng)形態(tài)計(jì)算。近期，蘇州納米所陸書龍團(tuán)隊(duì)基于GaN材料外延與器件工藝方面的積累[Communications Materials 6,83 (2025)；Small Methods 9,2400989 (2025)；Chip 4,100149 (2025)；Journal of Semiconductors 46,022401 (2025)；Applied Physics Letters 126,262104 (2025)]，在氮化鎵基單片集成器件領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。

進(jìn)展1：設(shè)計(jì)并驗(yàn)證雙向光電流機(jī)制

傳統(tǒng)半導(dǎo)體 p-n 結(jié)的單向?qū)ㄌ匦韵拗屏司哂须p向光響應(yīng)能力器件的集成。此研究通過(guò)在 p-GaN/(In,Ga)N 異質(zhì)結(jié)中引入水凝膠/p-GaN 局部接觸界面，在單一器件內(nèi)構(gòu)建了雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)（圖1）。所研制的雙功能器件在 365 nm 和 520 nm 光照下分別表現(xiàn)出負(fù)和正的光電流，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同波段光照的雙向光電流響應(yīng)。該研究為面向復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景的一體化光電子芯片提供了一種可行的思路。

圖1.?器件設(shè)計(jì)原理及雙向響應(yīng)特性（左）；該工作入選為期刊正封面（右）

研究結(jié)果以Realizing bidirectional photocurrent in monolithic dual-mode device for neuromorphic vision and logically-encrypted transmission為題發(fā)表在Advanced Functional Materials，并被遴選為期刊正封面，蘇州納米所蔣敏博士、趙宇坤副研究員為共同第一作者，蘇州納米所趙宇坤副研究員、中國(guó)科大孫海定教授和蘇州納米所陸書龍研究員為共同通訊作者。

進(jìn)展2：探測(cè)/突觸雙功能智能傳感與人形機(jī)器人應(yīng)用驗(yàn)證

光電探測(cè)器需要快速響應(yīng)光線變化，而人工突觸器件則需要更長(zhǎng)時(shí)間來(lái)處理和存儲(chǔ)信號(hào)，所以光電探測(cè)器很難像突觸器件那樣記憶圖像或處理光信號(hào)。簡(jiǎn)而言之，兩者反應(yīng)速度的快慢差異太大，難以整合到同一個(gè)器件里高效協(xié)同工作。另一方面， GaN納米線常用的硅襯底材料在紫外和可見(jiàn)光范圍是不透明的，這會(huì)導(dǎo)致其難以用于制備透明全向探測(cè)器。因此，基于GaN納米線的探測(cè)/突觸雙功能全向器件，至今難以研制成功。

此工作采用電化學(xué)剝離技術(shù)移除硅外延襯底，并在透明基底上構(gòu)建了“界面-體相分離”結(jié)構(gòu)，包含石墨烯/(Al,Ga)N異質(zhì)結(jié)功能區(qū)和GaN功能區(qū)，首次實(shí)現(xiàn)了自驅(qū)動(dòng)360°全向GaN基探測(cè)器與人工突觸的單片集成，成功在單一器件中融合“快速響應(yīng)”與“慢速弛豫”特性（圖2a和2b）。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)率先驗(yàn)證了此新型雙功能器件在人形機(jī)器人領(lǐng)域中的應(yīng)用潛力（圖2c），有助于提高人形智能機(jī)器人的智能感知與計(jì)算能力，并降低功耗。

圖2.?（a-c）全向探測(cè)模式示意圖與實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，（d）探測(cè)突觸雙模單片集成示意圖，（e）機(jī)器人智能感知應(yīng)用驗(yàn)證

研究結(jié)果以?A dual-mode transparent device for 360° quasi-omnidirectional self-driven photodetection and efficient ultralow-power neuromorphic computing?為題發(fā)表在?Light: Science & Applications。蘇州納米所蔣敏博士為第一作者，蘇州納米所趙宇坤副研究員、蘇州科技大學(xué)張建亞博士、復(fù)旦大學(xué)邊歷峰研究員和蘇州納米所陸書龍研究員為共同通訊作者。

上述相關(guān)工作得到了半導(dǎo)體顯示材料與芯片重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、納米真空互聯(lián)實(shí)驗(yàn)站（Nano-X）等支持，也得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省和蘇州市項(xiàng)目等科研項(xiàng)目資助。